گالوانیزاسیون چیست؟
آهن و فولاد، دو عنصر بنیادین در عرصه‌های گوناگون صنعتی از کشاورزی و خودروسازی گرفته تا بناسازی و تولید در و پنجره، نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. با این حال، این فلزات در مواجهه با عوامل مخرب محیطی، به ویژه رطوبت، آسیب‌پذیر بوده و در گذر زمان، تحت تأثیر اکسیژن هوا، دچار فرسایش و زنگ‌زدگی می‌شوند. این پدیده شیمیایی، که به اکسیداسیون آهن موسوم است، نه تنها از استحکام و دوام فلز می‌کاهد، بلکه می‌تواند منجر به بروز خسارات جبران‌ناپذیری در سازه‌ها و تجهیزات گردد. به منظور مقابله با این چالش و ارتقاء پایداری آهن و فولاد در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، فرآیندی موسوم به گالوانیزاسیون ابداع شده است.
آنچه در این مقاله میخوانید
انواع گالوانیزاسیون
فرآیند گالوانیزاسیون به روش های مختلفی صورت می گیرد که در ادامه به بیان توضیحاتی در این خصوص خواهیم پرداخت:
گالوانیزاسیون گرم
گالوانیزاسیون گرم، روشی دیرپا و پرکاربرد در صنعت پوشش‌دهی فلزات است که در آن، قطعه‌ی فولادی در حوضچه‌ای از رویِ گداخته با دمای تقریبی ۴۶۰ درجه‌ی سلسیوس غوطه‌ور می‌شود. در این فرآیند، واکنشی شیمیایی بین فولاد و روی آغاز شده و لایه‌هایی چندگانه از آلیاژ آهن-روی شکل می‌گیرد. پس از خروج قطعه از حوضچه، لایه‌های روی با اکسیژن و کربن موجود در هوا، پوششی آلیاژی و مقاوم در برابر خوردگی، زنگ‌زدگی و ساییدگی ایجاد می‌کنند. سهولت و سادگی این روش، آن را به یکی از محبوب‌ترین و کارآمدترین تکنیک‌های گالوانیزاسیون تبدیل کرده است. ضخامت این پوشش محافظ بین ۱۰۰ تا ۱۳۰ میکرون بوده و ظاهری مات و خاکستری با سطحی نسبتاً ناهموار دارد.
گالوانیزاسیون سرد
در این شیوه که با نام الکترولیز نیز شناخته می‌شود، شامل پاشش نمک رویِ حل‌شده در آب یا محلول اسیدی بر سطح فلز پایه است. این فرآیند، پوششی یکنواخت و درخشان با ضخامت تقریبی ۲۵ میکرون ایجاد می‌کند. گالوانیزه سرد در تولید محصولاتی نظیر مفتول‌های گالوانیزه، قطعات خودرو، پیچ و مهره و سایر اجزای صنعتی کاربرد دارد.
گالوانیزاسیون الکتروپلیتینگ
این روش، تکنیکی برای ایجاد پوششی ظریف و همگن از یک فلز بر روی سطح شیئی دیگر است. این فرآیند با بهره‌گیری از جریان الکتریکی، لایه‌ای فلزی با ویژگی‌های مطلوب، به ویژه مقاومت در برابر خوردگی و جلوه‌ای آراسته، پدید می‌آورد. از این رو، سطوح فلزاتی که تحت این فرآیند قرار می‌گیرند، همواره ظاهری درخشان و چشم‌نواز پیدا می‌کنند.
گالوانیزاسیون خطی
گالوانیزاسیون خطی، که گاهی به آن گالوانیزاسیون پیوسته نیز گفته می‌شود، یک فرآیند تخصصی برای پوشش‌دهی مداوم و پیوسته ورق‌ها، سیم‌ها یا پروفیل‌های فولادی با روی است. برخلاف روش گالوانیزاسیون غوطه‌وری گرم که در آن قطعات به صورت جداگانه در حوضچه روی مذاب غوطه‌ور می‌شوند، در گالوانیزاسیون خطی، ماده اولیه (مانند ورق فولادی) به صورت پیوسته از میان مراحل مختلف فرآیند عبور می‌کند.
گالوانیزاسیون اسپری حرارتی
به منظور ارتقاء مقاومت سطحی فلزاتی چون آهن و فولاد در برابر پدیده خوردگی، از فرآیندی موسوم به گالوانیزاسیون بهره گرفته می‌شود. در روش اسپری حرارتی، ماده‌ای مانند سیم روی (زینک) تا حالت نیمه‌گداخته حرارت داده شده و سپس با استفاده از فشار هوا، بر روی سطح مورد نظر پاشیده می‌شود. این تکنیک، ضخیم‌ترین پوشش روی را در میان روش‌های گالوانیزاسیون ایجاد می‌کند. لازم به ذکر است که پیش از اجرای هرگونه فرآیند گالوانیزاسیون، آماده‌سازی دقیق سطح از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ زیرا وجود هرگونه آلودگی یا ناخالصی می‌تواند مانع از چسبندگی مطلوب روی به سطح و ایجاد پوششی یکنواخت گردد.
مزایای گالوانیزاسیون
ویژگی ها و مزایای این روش شامل موارد زیر می شوند:
- ارزش اقتصادی
در بررسی مخارج مرتبط با انواع ورق‌های آهنی، نوع گالوانیزه در قیاس با دیگر گونه‌های فولاد، از برتری نسبی برخوردار است. اگرچه در نگاه نخست، بهای اولیه این دسته از ورق‌ها در مقایسه با فولادهایی که با روش‌های دیگری مقاوم‌سازی شده‌اند، ممکن است بالا به نظر آید، اما با توجه به دوام و پایداری مثال‌زدنی آن‌ها، نیاز به تعمیر و نگهداری پرهزینه به حداقل می‌رسد. این ویژگی، ورق‌های گالوانیزه را به گزینه‌ای اقتصادی و سودمند برای سرمایه‌گذاری‌های بلندمدت تبدیل می‌کند.
- ماندگاری زیاد
پیش‌بینی می‌شود که ورق‌های فولادی گالوانیزه در شرایط محیطی متعارف، عمری بالغ بر پنجاه سال و در محیط‌های با شرایط جوی نامساعد و میزان خورندگی بالا، بیش از دو دهه پایداری داشته باشند.
- دوام در برابر خوردگی
از آنجا که عنصر آهن موجود در ساختار فولاد، استعداد فراوانی برای فرسایش و زنگ‌زدگی دارد، استفاده از پوشش محافظتی روی (زینک) به عنوان سدی در برابر عوامل محیطی نظیر رطوبت و اکسیژن، از تخریب آن جلوگیری می‌نماید.
- مقاومت و دوام زیاد
ورق‌های فولادی گالوانیزه، افزون بر مقاومت چشمگیر در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، از استحکام قابل توجهی نیز بهره‌مندند؛ به عبارت دیگر، این ورق‌ها در مواجهه با آسیب‌های احتمالی، به‌ویژه آسیب‌های ناشی از نقل و انتقال، از خود پایداری نشان می‌دهند.
معایب گالوانیزاسیون
گالوانیزاسیون، با وجود مزایای فراوان در حفاظت از فلزات در برابر خوردگی، خالی از اشکال و محدودیت‌ها نیست. در ادامه به برخی از معایب این فرآیند اشاره می‌شود:
- پیچیدگی در جوشکاری: اتصال قطعات گالوانیزه شده از طریق جوشکاری، فرآیندی دشوارتر نسبت به فولاد معمولی است. حرارت ناشی از جوشکاری ورق گالوانیزه می‌تواند پوشش روی را تبخیر کرده و گازهای سمی مانند اکسید روی تولید کند که برای سلامتی جوشکاران مضر است.
- احتمال کاهش استحکام در دماهای بالا: گالوانیزاسیون گرم، که در دمای حدود ۴۵۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود، می‌تواند در برخی موارد، به ویژه در فولادهای با استحکام بالا، باعث کاهش جزئی در خواص مکانیکی مانند استحکام کششی و مقاومت به خستگی شود.
- هزینه اولیه بیشتر: هزینه اولیه گالوانیزاسیون، به خصوص گالوانیزاسیون گرم، نسبت به برخی روش‌های دیگر حفاظت از خوردگی مانند رنگ‌آمیزی، بیشتر است.
- ایجاد ناهمواری سطحی: در گالوانیزاسیون گرم، به دلیل واکنش بین آهن و روی، سطح قطعه ممکن است کمی ناهموار و زبر شود.
- محدودیت ابعاد قطعات: در روش گالوانیزاسیون غوطه‌وری گرم، ابعاد قطعات قابل گالوانیزه شدن به اندازه حوضچه روی مذاب محدود می‌شود. برای قطعات بسیار بزرگ، نیاز به حوضچه‌های بزرگتر و تجهیزات خاص است که می‌تواند هزینه و پیچیدگی فرآیند را افزایش دهد.
- آسیب‌پذیری در محیط‌های اسیدی و قلیایی شدید: پوشش روی در برابر محیط‌های اسیدی و قلیایی شدید آسیب‌پذیر است. در این محیط‌ها، سرعت خوردگی روی افزایش یافته و عمر پوشش کاهش می‌یابد.
کاربردهای گالوانیزاسیون
فولاد گالوانیزه به واسطه دوام چشمگیر و پایداری ممتاز در برابر فرسایش در زمره پرطرفدارترین و پراستفاده‌ترین گونه‌های فولاد جای می‌گیرد. در ادامه، به تشریح موارد استفاده از محصول ورق گالوانیزه در حوزه‌های گوناگون صنعتی خواهیم پرداخت.
- پوشش بیرونی خودروها و بخش اعظمی از بدنه‌های دوچرخه‌ها، با بهره‌گیری از ورق‌های گالوانیزه شکل می‌گیرد. برای اطلاع بیشتر مقاله کاربرد ورق گالوانیزه در صنعت خودرو سازی را مطالعه نمایید.
- در ساخت برخی از سیستم‌های انتقال آب شرب، کماکان از لوله‌هایی با پوشش گالوانیزه استفاده می‌گردد.
- ورق‌های تولید شده به روش نورد سرد نیز غالباً تحت فرآیند گالوانیزاسیون قرار می‌گیرند.
- اتصالات پیچی، ابزارهای گوناگون و گونه‌های مختلف سیم، امروزه با استفاده از ورق‌های گالوانیزه تولید می‌شوند؛ چرا که این فرآیند، علاوه بر صرفه اقتصادی، نقش بسزایی در افزایش عمر مفید فلز ایفا می‌کند.
استانداردهای گالوانیزاسیون
استانداردهای ورق گالوانیزه شامل موارد زیر می شوند. همچنین برای آشنایی بیشتر با این ورق فولادی مهم می توانید مقاله ورق گالوانیزه چیست؟ هر آنچه باید بدانید را مطالعه نمایید.
- استاندارد ASTM
انجمن آمریکایی آزمایش و مواد (ASTM)، با قدمتی بیش از یک قرن، استانداردهای جهانی را در زمینه‌های گوناگون از فلزات و پلیمرها تا ساخت‌وساز و تجهیزات الکترونیکی تدوین می‌کند. این استاندارد، الزامات مربوط به پوشش روی با روش گالوانیزاسیون گرم را برای محصولات فولادی و آهنی شامل قطعات آهنگری، میلگرد، ورق و تسمه تعیین می‌نماید. با این وجود، دامنه شمول ASTM محدود بوده و مواردی نظیر پوشش پیوسته ورق‌ها، سیم‌ها و لوله‌ها یا ورق‌های نازک‌تر از ۰/۷۶ میلی‌متر را در بر نمی‌گیرد.
- استاندارد ISO
استاندارد ISO به طور کلی ویژگی‌های عمومی پوشش‌های گالوانیزه گرم و شیوه‌های آزمون محصولات آهنی و فولادی را تعیین می‌نماید، اما شامل مواردی مانند توری، ورق‌های گالوانیزه شده پیوسته و لوله‌ها یا قطعات گالوانیزه گرم (مانند بست‌ها) نمی‌شود. در حالی که تشابهات فراوانی بین ISO و ASTM وجود دارد، ISO رویکردی کلی‌تر داشته و ASTM جزئیات بیشتری در مورد خواص مکانیکی ارائه می‌دهد و انطباق بیشتری با صنایع خاص دارد. همچنین، الزامات ASTM معمولاً ضخامت پوشش بیشتری را نسبت به ISO ایجاب می‌کند.
- استاندارد EN
استاندارد EN، که در سطح اروپا و بین‌الملل مورد پذیرش است، با استاندارد ISO 1461:2022 همپوشانی قابل توجهی دارد، چرا که هر دو توسط نهاد بین‌المللی استانداردسازی تدوین گردیده‌اند.
- استاندارد JIS
JIS، معرف استانداردهای صنعتی ژاپن است. استاندارد JIS G3302 در این مجموعه، به تعیین الزامات مربوط به محصولات فولادی گالوانیزه گرم با گرید تجاری می‌پردازد و جنبه‌های متنوعی از جمله مقاومت و استحکام این محصولات را در بر می‌گیرد.
- استاندارد ISIRI
در حالی که استاندارد ملی ایران به شماره ۳۷۶۵ (ISIRI 3765) به طور خاص برای لوله‌های گالوانیزه تولید داخل تعریف شده است، رویه غالب در صنایع داخلی، انطباق با استانداردهای بین‌المللی، به ویژه استانداردهای سری ISO، می‌باشد.
تفاوت های گالوانیزاسیون گرم و سرد
تفاوت‌های بنیادین میان روش‌های گالوانیزاسیون گرم و سرد، در ابعاد گوناگونی از جمله ضخامت پوشش، کاربرد، فرآیند تولید، ظاهر و طول عمر قابل مشاهده است. در ادامه به این تمایزات به صورت دسته‌بندی شده می‌پردازیم:
- ضخامت پوشش: بارزترین تفاوت این دو روش، در میزان ضخامت لایه محافظ روی است. در گالوانیزاسیون گرم، این ضخامت بین ۱۰۰ تا ۱۳۰ میکرون متغیر است، در حالی که در گالوانیزاسیون سرد، این مقدار به طور معمول حدود ۲۵ میکرون می‌باشد.
- حوزه کاربرد: با توجه به ضخامت بیشتر پوشش در گالوانیزاسیون گرم، این روش برای قطعاتی که در معرض عوامل خورنده محیطی و شرایط آب و هوایی نامساعد قرار دارند، ایده‌آل است.
- فرآیند تولید: مکانیزم اجرای این دو روش نیز کاملاً متفاوت است. در گالوانیزاسیون گرم، قطعه فلزی در حوضچه‌ای از روی مذاب غوطه‌ور می‌شود و طی یک واکنش متالورژیکی، پیوندی مستحکم بین روی و فلز پایه ایجاد می‌گردد. اما در گالوانیزاسیون سرد، محلول نمک روی بر سطح فلز اسپری یا به روش الکترولیتی رسوب داده می‌شود.
- شکل ظاهری: ظاهر نهایی قطعات گالوانیزه شده نیز تفاوت‌های مشخصی دارد. سطح قطعات گالوانیزه گرم، معمولاً کدر و دارای ناهمواری‌های جزئی است. در مقابل، سطح قطعات گالوانیزه سرد، براق و صاف به نظر می‌رسد.
- طول عمر و قیمت: به دلیل ضخامت بیشتر پوشش و پیوند قوی‌تر بین روی و فلز پایه، قطعات گالوانیزه گرم از طول عمر بسیار بیشتری نسبت به قطعات گالوانیزه سرد برخوردارند.
جمع بندی
گالوانیزاسیون، فرآیندی است که به منظور افزایش مقاومت فلزات، به‌ویژه آهن و فولاد، در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی به کار می‌رود. این فرآیند، با ایجاد یک لایه محافظ از جنس روی (زینک) بر روی سطح فلز پایه، از تماس مستقیم آن با عوامل محیطی خورنده مانند رطوبت و اکسیژن جلوگیری می‌کند. گالوانیزاسیون انواع مختلفی دارد که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارا هستند.
